一种抗干扰的单载波信道估计与均衡方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种抗干扰的单载波信道估计与均衡方法与装置。该装置包括依次连接的第一傅里叶变换模块、LS频域信道初估计模块、干扰位置检测模块以及用于时域变换后进行噪声抑制再变换频域的白噪声抑制模块；所述白噪声抑制模块包括依次连接的傅里叶逆变换模块、时域降噪处理模块以及第二傅里叶变换模块；与所述白噪声抑制模块以及干扰位置检测模块输出端连接的干扰抑制模块。本发明专利技术技术针对复杂干扰环境进行了抗干扰优化，系统利用循环码分多址频域信道估计的特性以及强干扰检测算法，跟踪带内频点信道幅度相位特性，自动检测干扰频率范围，抑制干扰的功率谱分量，从而有效地消除带内干扰对系统的影响，提高无线通信链路可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种抗干扰的单载波信道估计与均衡方法与装置
本专利技术涉及一种通信技术，是一种无线扩频通信系统中的频域信道估计与均衡技术，特别涉及一种能够抑制白噪声和抗单频、窄带干扰的信道估计与均衡方法及装置。
技术介绍
21世纪以来，航天技术、无人机技术发展迅速，相关领域通信环境更为恶劣，在信道估计与均衡等关键通信技术方面，仍然有较多技术难点有待解决与完善。目前国内外对信道估计与均衡技术的研究较为广泛。其中研究的热点集中在基于导频序列的信道估计技术。其可以分为两类：一类是频域信道估计算法，如最小二乘估计(LeastSquare,LS)算法，LS估计不需要信道信息，使用其缺点是抗干扰能力差。其次还有最小均方误差(MinimumMeanSquareError，MMSE)和线性最小均方误差(LinearMinimumMeanSquareError,LMMSE)估计算法，虽然可以提高信道估计的性能，但是频域信道协方差矩阵求逆运算量较大。为了减少运算复杂度，后续又提出了奇异值分解(SingularValueDecomposition,SVD)算法。另一类是基于变换域的信道估计算法，如基于离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform,DFT)信道估计算法，单载波频分多址(SingleCarrierFrequency-DivisionMultipleAccess,SC-FDMA)信道估计算法等。现有的均衡技术包括频域均衡和时域均衡。典型的单载波频域均衡(SingleCarrierFrequencyDomainEqualization，SC-FDE)可以降低系统对频偏的敏感程度，而基于SC-FDE技术，又衍生出了单载波频域线性均衡器、迭代判决反馈均衡器。虽然有关信道估计与均衡技术也已经较为成熟，但是其不能很好满足复杂电子环境下的通信要求，所在工作频段范围若有其他系统干扰或者电子对抗干扰，性能表现较差，因而传统的信道估计与均衡技术仍有许多关键难点亟待解决和完善。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术在信道估计与均衡通信技术与扩频技术紧密结合，提供一种单载波信道估计与均衡装置与方法，用于实现良好的抗干扰。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种单载波信道估计与均衡装置，该装置包括用于获得经过数字前端处理和同步后的单载波符号频域响应输出的第一傅里叶变换模块；与所述第一傅里叶变换模块输出端连接、用于通过LS准则进行频域信道估计的LS信道初估计模块；与所述LS信道初估计模块输出端连接的干扰位置检测模块以及用于时域变换并做白噪声抑噪处理后变换到频域的白噪声抑制模块；所述白噪声抑制模块包括与所述LS信道初估计模块输出端连接并将获得的信道频域响应变换为时域的傅里叶逆变换模块、与所述傅里叶逆变换模块输出端连接的用于进行高斯白噪声抑制处理的时域降噪处理模块以及与时域降噪处理模块输出端连接用于将获得的时域变换为信道频域响应的第二傅里叶变换模块；与所述白噪声抑制模块以及干扰位置检测模块输出端连接的干扰抑制模块。本专利技术还提供一种采用上述装置进行单载波信道估计与均衡方法，该方法至少包括以下步骤：利用第一傅里叶变换模块将单载波符号经过傅里叶变换后得到接受符号的频域响应后输出；通过LS准则进行频域信道估计，得到信道初步估计的频域响应；接着进行时域变换做白噪声抑噪处理后变换到频域；同时进行干扰位置检测的步骤；接着进行干扰抑制，将上述步骤获得的结果作为干扰抑制模块的MASK表，以便快速对强干扰子信道做干扰抑制。由于宽带无线通信系统占用频段较宽，无线电环境往往也比较复杂，如果工作频段内有特定电子对抗干扰或存在本地其它通信系统，会形成固定干扰而对系统运行造成影响，导致系统覆盖变小甚至不能工作。相比传统的梳妆与块状导频，本专利技术系统采用正交多码道扩频Walsh序列对导频与数据进行复用后并通过Gold序列进行加扰，在实现对信道环境进行实时估计同时，有效地节省了时域片资源，简化了帧结构。虽然目前已有的噪声抑制SC-FDE专利技术采用时域噪声抑制的手段，有效的抑制了噪声对信道估计特性的影响，但是在特定单频、窄带干扰等复杂信道环境性能表现较差。本专利技术装置针对此类复杂环境进行了优化，系统利用频分多址系统固有的频分特性，自动侦测特定干扰频率范围，并且利用循环码分多址频域信道估计特性，跟踪带内频点信道幅度相位特性，有效地抑制干扰的功率谱分量，消除带内干扰对系统的影响以提高通信链路可靠性。附图说明图1显示为本专利技术基于时频二维平面的导频插入方法示意图；图2显示为本专利技术抗干扰信道估计与均衡通信装置模块示意图；图3显示为本专利技术在频域对干扰信号的功率密度进行分析和跟踪示意图；图4显示为系统在高斯白噪声和衰落信道下的性能曲线以及经过噪声抑制处理后的性能曲线；图5显示为系统抗单频干扰的性能曲线；图6显示为系统抗窄带干扰的性能曲线；图7显示为系统在海杂波干扰环境的性能曲线；图8显示为本专利技术抗干扰的信道估计与均衡的具体实现流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。扩频通信技术具有优良的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，同时又具有多址通信、保密性等诸多优点，被广泛应用与军事通信、卫星通信以及民用领域。直接序列扩频技术将要发送的信息用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上，而接收机要用一个和发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行相关处理。在扩频系统中，扩频码的选择至关重要。它关系到系统的抗多径干扰、抗干扰的能力，关系到信息数据的保密与隐蔽，关系到信道估计的性能。设计导频时，采用CDMA在设计导频时的思路，即把导频信号复用到数据信号中去。这样的好处是不会在帧结构中占用独立的时隙资源，同时又能简化帧结构。同时可控的导频功率因子使得其在特定扩频增益条件下的信道估计和均衡都能保持在较宽的信噪比范围。导频插入方式不同于传统的块状导频、梳状导频以及梅花状导频，导频符号遍布在不同频点与时间点即基于时频二维平面内插，因而可以更加全面的估计信道环境。数据部分分为六个编码块，每一个编码块结构含有4个离散傅里叶逆变换(InverseDiscreteFourierTransform,IDFT)符号，每一个IDFT符号插入一个经过Walsh码扩频的导频符号。具体导频插入如图1所示。在无线接收机中，采用的信道均衡器是在频域实现的。除此之外，还要在频域对高强度的频域干扰进行跟踪、分析和抑制。本专利技术装置在时域降噪处理、干扰位置检测以及干扰抑制等关键模块做了大量研究工作，且信道具体实现的系统结构如图2所示。一种抗干扰的单载波信道估计与均衡装置，该装置包括用于获得数字前端输出单载波符号的频域响应输出的第一傅里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗干扰的单载波信道估计与均衡装置，其特征在于，该装置包括用于获得数字前端输出单载波符号的频域响应输出的第一傅里叶变换模块；与所述第一傅里叶变换模块输出端连接、用于使用LS准则进行频域信道估计的LS信道初估计模块；与所述LS信道初估计模块输出端连接的干扰位置检测模块以及用于时域变换后进行噪声抑制再变换频域的白噪声抑制模块；所述白噪声抑制模块包括与所述LS信道初估计模块输出端连接并将获得的信道频域响应变换为时域的傅里叶逆变换模块、与所述傅里叶逆变换模块输出端连接的用于进行高斯白噪声抑制处理的时域降噪处理模块以及与时域降噪处理模块输出端连接用于将获得的时域处理后的信道时域响应变换为频域响应的第二傅里叶变换模块；与所述白噪声抑制模块以及干扰位置检测模块输出端连接的干扰抑制模块。

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰的单载波信道估计与均衡装置，其特征在于，该装置包括用于获得数字前端输出单载波符号的频域响应输出的第一傅里叶变换模块；与所述第一傅里叶变换模块输出端连接、用于使用LS准则进行频域信道估计的LS信道初估计模块；与所述LS信道初估计模块输出端连接的干扰位置检测模块以及用于时域变换后进行噪声抑制再变换频域的白噪声抑制模块；所述白噪声抑制模块包括与所述LS信道初估计模块输出端连接并将获得的信道频域响应变换为时域的傅里叶逆变换模块、与所述傅里叶逆变换模块输出端连接的用于进行高斯白噪声抑制处理的时域降噪处理模块以及与时域降噪处理模块输出端连接用于将获得的时域处理后的信道时域响应变换为频域响应的第二傅里叶变换模块；与所述白噪声抑制模块以及干扰位置检测模块输出端连接的干扰抑制模块。2.根据权利要求1所述的抗干扰的单载波信道估计与均衡装置，其特征在于，该装置进一步包括与所述干扰抑制模块输出端连接的频域信道均衡模块。3.根据权利要求1所述的抗干扰的单载波信道估计与均衡装置，其特征在于，所述第一傅里叶变换模块输入端设有将本地导频变换到频域的生成本地频域导频模块。4.一种采用权利要求1所述的装置进行单载波信道估计与均衡方法，其特征在于：该方法至少包括以下步骤：利用第一傅里叶变换模块将单载波符号经过傅里叶变换后得到接受符号的频域响应后输出；通过LS准则进行频域信道估计，得到信道初步估计的频域响应；接着进行时域变换进行白噪声抑噪处理后变换到频域；同时进行干扰位置检测的步骤；接着进行干扰抑制，将上述步骤获得的结果作为干扰抑制模块的MASK表，以便快速对强干扰子信道做干扰抑制。5.根据权利要求4所述的单载波信道估计与均衡方法，其特征在于：还包括频域均衡的步骤。6.根据权利要求5所述的单载波信道估计与均衡方法，其特征在于：所述频域均衡的步骤采用ZF或者MMSE准则进行。7.根据权利要求6所述的单载波信道估计与均衡方法，其特征在于：基于ZF准则的频域信道均衡算法表示为：其中Yo(k)为离散数据符号经过均衡后输出的频域响应，Yi(k)为离散数据符号的输入频域响应，为Hc(k)的复共轭。8.根据权利要求6所述的单载波信道估计与均衡方法，其特征在于：基于MMSE准则的频域信道均衡算法表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，田朝阳，杜翀，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31